高密度電法勘察隧道工程論文

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1工程實例及分析

某高速公路擬建隧道位于浙江省東南部，地貌為低山丘陵區。地質資料表明，丘陵表部分布薄層殘坡積含黏性土碎石，灰黃色，稍密。下伏基巖為晶屑玻屑凝灰巖，紫灰色，全風化呈砂土狀～碎石狀，厚度一般較小。本次物探工作的主要目的是查明隧道圍巖斷層破碎帶的位置、分布特征和富水狀態，為隧址區的工程評價和設計施工提供科學依據。斷層的總體特征是二維板狀體，向下延伸很深。相對于圍巖介質的電阻率，斷層可表現為高阻斷層或低阻斷層，這取決于斷層的性質、破碎帶寬度、膠結程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。一般來說，新活動斷層，電阻率值較低，斷層越老，膠結程度越強，電阻率值越高；斷層破碎帶越寬，越破碎，電阻率相對較小；地下和地表水越豐富，電阻率越小；張性斷層少水，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻；有巖脈順斷層侵入，多為高阻。因此，斷層與隧道周圍巖體的電阻率差異為開展高密度電法工作提供了良好的前提條件。根據隧道埋深及分辨率要求，采用工程中最常用的溫納裝置，該裝置受地形和地表不均勻體的干擾小，是公認的最穩定的裝置，10m電極距，沿隧道線位布置了一條高密度電法測線。

高密度電阻率法的數據處理是將野外觀測采集到的數據通過儀器自帶的傳輸軟件，傳送到計算機上，再采用RES2DINV二維反演軟件處理。在處理中首先對少數畸變點進行剔除，主要是剔除一些受接地不好電極影響的壞數據和采集系統自帶的隨機高斯干擾數據，然后進行地形校正，最后利用圓滑約束最小二乘法進行二維反演計算，迭代次數3～5次，最終獲得電阻率等值線剖面圖。這些圖件形象直觀地反映出地電斷面的電性分布和構造特征，大大提高了分析解釋效果和精度。在等值線圖上根據視電阻率的變化特征，結合相關地質資料，做出地質解釋，繪出地質解釋圖。圖2為經過反演處理后得到的高密度電法電阻率斷面圖。從圖2中可以看出，電阻率值從上至下逐漸變大，上部相對低阻為第四系覆蓋層及全強風化晶屑玻屑凝灰巖，下部相對高阻為中風化晶屑玻屑凝灰巖。其中在地表位置110～166m及255～303m兩處存在明顯的條帶狀低阻異常，其垂向延伸大、不閉合，而兩側均為高阻，結合相關地質資料，推測此兩處異常為斷層破碎帶，帶內巖體破碎，完整性差。具體地質解釋如圖3所示。根據高密度電法解譯的斷層破碎帶位置，布置了一個驗證鉆孔ZKS19－1。鉆探結果顯示：巖芯破碎，多呈碎塊狀，局部短柱狀，呈壓碎構造，局部具構造角礫特征，隱伏裂隙發育，裂隙面有綠泥石化現象。圖4為ZKS19－1部分巖芯照片。由此可見，鉆探結果與高密度電法解譯結果相吻合，高密度電法取得了良好的地質效果，準確地劃分出了斷層破碎帶分布范圍，為進一步劃分隧道圍巖級別，指導隧道施工奠定了良好的基礎。

2結語

斷層破壞了巖體的連續性和完整性，是一種不良地質體。在隧道工程建設中，斷層的存在不僅影響施工安全，還會影響隧道穩定性。因此，必須需采取有效的手段查明隧道區的地質情況，為隧道設計與施工提供準確可靠的地質資料。一般而言，僅用鉆探方法調查斷層，不僅勘察的費用大，而且有可能“漏”掉斷層，存在很大的工程隱患。本文在隧道勘察過程中，通過高密度電法資料，并布置了相應的鉆孔驗證，較為準確地查明了隧道圍巖斷層破碎帶的位置、分布特征和富水狀態，彌補了鉆探以點代面的不足，提升了勘察效率和質量，降低了勘察成本，起到事半功倍的效果，為隧址區的工程評價和設計施工提供科學依據。　實例表明，高密度電法具有效率高、能夠快速獲取測線下方電阻率分布，地電信息豐富、直觀、成本較低等優勢，可準確劃分出斷層破碎帶分布范圍，能有效指導隧道施工，是隧道地質工程勘察中一種行之有效的方法。

作者：周志軍 單位：浙江省交通規劃設計研究院